Mit dem jetzt gestarteten Vorhaben LeanStoicH₂ wollen Forscherinnen und Forscher unter anderem ein neues Brennverfahren für stationäre Gasmotoren entwickeln. Das Ziel: Gasmotor-Blockheizkraftwerke (BHKW) sollen durch das Beimischen von „grünem“ Wasserstoff noch umweltschonender werden – zugleich gilt es, die lange Motorlebensdauer zu erhalten.

Blockheizkraftwerke produzieren in nur einem Gerät zugleich Strom und Wärme. Sie bieten damit eine hocheffiziente und umweltschonende Möglichkeit zur Energieerzeugung. Auch die erreichten Laufleistungen beziehungsweise Betriebsstundenzahlen von BHKW tragen zur Wirtschaftlichkeit bei. Der Einsatz von sogenanntem grünen (also mithilfe von klimaneutralem Strom hergestellten) Wasserstoff senkt bereits durch den Ersatz des fossilen Erdgases den CO₂-Ausstoß. Eine zusätzliche CO₂-Abnahme lässt die Entwicklung eines speziellen Wasserstoff-Brennverfahrens erwarten.

Durch das Beimischen von grünem Wasserstoff zu dem derzeit verwendeten Erdgas beziehungsweise Methan kann nicht nur der Schadstoffausstoß, sondern auch der Kraftstoffverbrauch bei Gasmotor-Blockheizkraftwerken reduziert werden. Dabei ergibt sich jedoch eine neue Herausforderung: Wasserstoff kann eine Versprödung der Werkstoffe bewirken, die Eigenschaften des Motoröls negativ beeinflussen und so die Motorlebensdauer verringern. Notwendige zusätzliche Wartungsintervalle wären kostenintensiv und würden die Wirtschaftlichkeit des Betriebs verringern.

Weniger Abgase und Verschleiß dank Temperaturabsenkung

Ein neues Brennverfahren kann hier die Lösung sein. Der Hintergrund: Wenn die Erdgaseigenschaften schwanken, etwa durch die Einspeisung von Wasserstoff in das Gasnetz oder die Liberalisierung des Gasmarkts, kann das den Zündzeitpunkt beeinflussen. Denn die Zündung des Kraftstoffs im Motor hängt ab von der Art des Kraftstoffs sowie dem Gemisch aus Kraftstoff und Luft. Stimmt der Zündzeitpunkt nicht, können irreguläre Verbrennungsvorgänge wie Klopfen oder Vorentflammungen den Motor schädigen.

Im Projekt soll unter Federführung der IAVF Antriebstechnik ein angepasstes Abgasrückführungs-System entwickelt werden. Für Fachleute: Es kombiniert die thermodynamischen Vorteile des Magerbetriebs mit den Emissionsvorteilen des Lambda=1-Betriebs. Unterm Strich heißt das: Die damit erreichbare Temperaturabsenkung bedeutet weniger Abgasemissionen und weniger Verschleiß. Und: Schwachstellen werden identifiziert durch die Online-Messung der Verschleißraten kritischer Motorbauteile. Auf dieser Basis wiederum können die Forschenden Vorschläge zur Optimierung der Werkstoffe und des Bauteildesigns sowie der Motorsteuerung ableiten – alles mit dem Ziel, die stationären Gasmotoren für die Nutzung von grünem Wasserstoff zu optimieren. (sdz)